MIT baut hochpräzisen und schlagkräftigen Tischtennisroboter
Das MIT hat den wohl schnellsten Tischtennisroboter der Welt entwickelt. Der Roboter hat aber noch so seine Tücken.
(Bild: MIT)
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein Robotersystem entwickelt, das Tischtennisbälle mit hoher Präzision und Trefferquote zurückschlagen kann. Der Tischtennisroboter kann drei verschiedene Schlagarten ausführen und soll weltweit der derzeit schnellste sein.
Im Kern besteht das Robotersystem zum Tischtennisspielen aus einem mehrgelenkigen Roboterarm mit einem zusätzlichen Freiheitsgrad für das "Handgelenk". Der Roboter ist an einem Ende einer herkömmlichen Tischtennisplatte befestigt. Die Beobachtung der Bälle sowie die Ansteuerung des Roboters erfolgen extern. Mehrere um den Tisch herum verteilte Hochgeschwindigkeitskameras beobachten die Ballbewegungen. Die Forscher entwickelten optimierte Steuerungsalgorithmen, um zu bestimmen, mit welcher Geschwindigkeit und Ausrichtung des Schlägers der Tischtennisball zurückgeschlagen werden sollte. Insgesamt drei Schlagarten beherrscht der Roboter: Loop (auch Topspin), Drive (für gerade Schläge) und Chop (Backspin), wie aus der Studie "High Speed Robotic Table Tennis Swinging Using Lightweight Hardware with Model Predictive Control" hervorgeht, die auf Arxiv im Preprint erschienen ist.
Präzise und schlagkräftig
Insgesamt drei Computer sind vonnöten, um die Kamerabilder zu verarbeiten, die Ballbewegung in Echtzeit einzuschätzen, diese Einschätzungen in eine Schlagbewegung umzuwandeln und von dem elektromotorisch betriebenen Roboterarm umsetzen zu lassen. Der Roboter kann nicht nur vorhersagen, wie ein ankommender Ball auftreffen wird, sondern das System kann ebenfalls eine genaue Zielposition für den zurückgeschlagenen Ball berechnen und ihn so genau im generischen Feld der Tischtennisplatte platzieren.
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Die Forscher testeten den Tischtennisroboter, indem sie 150 Bälle nacheinander in Richtung des Roboters schlugen. Die Bälle spielte der Roboter je nach Schlagart mit einer in etwa gleichen Trefferquote zurück: 88,4 Prozent bei Loop Strikes, 89,2 Prozent bei Chops und 87,5 Prozent bei Drives.
Nach einer Optimierung des Schlagalgorithmus und der Reaktionszeit war der Roboter in der Lage, Bälle mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s zurückzuschlagen. Das gelingt dem Roboter nach Angaben der Forscher schneller als allen anderen Tischtennisrobotern weltweit.
Im Durchschnitt erreicht der Roboter eine Schlaggeschwindigkeit von 11 m/s. Versierte menschliche Spieler können Tischtennisbälle zwischen 21 und 25 m/s schlagen. Wie die MIT-Forscher mitteilten, sei es ihnen nach Veröffentlichung der Ergebnisse durch weitere Systemoptimierungen gelungen, die durchschnittliche Schlaggeschwindigkeit auf 19 m/s zu erhöhen.
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Nichtsdestotrotz hat der Tischtennisroboter seine Grenzen. So hat er beispielsweise nur eine begrenzte Beweglichkeit und Reichweite. Der Roboter kann lediglich Bälle zurückschlagen, die in einem halbmondförmigen Bereich um die Mittellinie des Tisches herum ankommen. Die Forscher wollen dem in Zukunft begegnen, indem sie den Roboterarm auf eine fahrbare Plattform montieren. Die Reichweite des Roboters soll dadurch so erweitert werden, dass der Roboter einen größeren Bereich des Tischtennistisches abdecken kann sowie eine größere Vielfalt beim Zurückschlagen der Bälle an den Tag legt.
(olb)
